В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 10
Проект Fusion Test Facilityty
Энергия лазера: |
500 kJ |
Частота повторения 5 Hz |
|
Т/Я мощность: |
100-150 MW |
28 kJ KrF laser Amp
1 of 22, (2 spares)
Reaction
Chamber
Laser Beam Ducts
Пока - только разговоры, первая очередь - 1 канал
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Новаятема
Магнитноеудержаниеплазмы. ТокамакТокамак..
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Рольмагнитногополя
1. Подавление теплопроводности
поток энергии в плазме без магнитного поля S = 1.2.10-6 T7/2/x для Т = 108 К и переходной зоне х = 1 км S ~ 107 кВт/см2 (мощность реакции ~1 Вт/см3 при плотности 1014 см-3) Магнитное поле - простая оценка для rл << λ
→подавление теплопроводности в (λ/rл)2 раз
→для реактора достаточно поля масштаба 0.01 Тл
2. Удержание плазмы и параметр β
2nkT = βB2/8π, для β порядка нескольких процентов (при реакторных параметрах плазмы) требуется поле B ~ 5 Тл
Первые предложения о магнитной изоляции плазмы
И. Е. Тамм, А. Д. Сахаров (1950) - разделение функций удержания и подавления
теплопроводности (удержание стенкой камеры)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Историяработпо токамакамам
●Идея магнитной изоляции - И.Е.Тамм, А.Д.Сахаров (1950 г.)
●Начало ~1955 г. в Институте Курчатова (лаб. Н.А.Явлинского),
с1962 г. - Л.А.Арцимовича (до 1973), до 1998 - Б.Б.Кадомцев,
в1998-2009 гг. – В.П.Смирнов, с 2009 г. – Э.А.Азизов
● Первая установка – Т-1 |
(1958) |
|
R = 67 см |
a = 17 см |
|
В = 1.5 Тл |
I = 100 |
кА |
● Первые крупные достижения - Т-3 (1968)
R = 100 см, a = 15 см, B = 3.5 Тл n = 1014 см-3, Т = 1 кэВ, τ = 10 мс
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Историяработпо токамакамм (2)(2)
Новосибирская конференция МАГАТЭ - 1968
●1969 год - признание успехов, перевод мировых программ УТС на это направление
●~1975 год - следующее поколение токамаков (Т-10, PLT) -
шаг на порядок по параметрам плазмы
● установки для работы вблизи Q ~ 1
TFTR (США, 1982), разобран в 1997 JET (Европа-UK, 1983)
JT-60 (Япония, 1987) → JT-60U → JT-60SA (~2016) Tore-Supra (Франция, 1988, сверхпроводящий)
Т-15 (СССР-Россия, 1998, сверхпроводящий) → Т-15М (?)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Элементыконструкции токамакамака
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Поддержаниеравновесия плазмыазмы
● равновесие плазменного шнура в камере может обеспечиваться как вмороженностью магнитного поля в проводящую камеру (случай А), так и специальными катушками вертикального поля (случай В)
● оба случая приводят к появлению вертикального поля и возникновению возвращающей силы Лоренца
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Управлениеформой плазмымы
Токамак TCV (Лозанна, Швейцария)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Движениечастицыв токамакеаке
Параметр q: величина запаса устойчивости
q - отношение числа обходов по большому радиусу m к числу обходов
по малому радиусу n (обычно величина нецелая)
показан случай q = 4
Резонансная поверхность: если q = m/n – целое или простая дробь
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Понятиемагнитной поверхностиости
ивращательного преобразованиявания
●“вращательное преобразование“ - следствие наличия тока, текущего по плазме
●силовые линии незамкнуты и образуют магнитную поверхность
●магнитные поверхности являются вложенными
●условие равновесия плазмы p = [j×B] означает, что магнитные поверхности есть поверхности постоянного давления (B· p = 0) и на них располагаются линии тока (j· p = 0)
●через каждую точку проходит только одна поверхность (в вырожденных системах без вращательного преобразования - множество)
●магнитные поверхности разрушаются турбулентностью
●величина q изменяется по малому радиусу, т.е. шаг “кручения”
соседних магнитных поверхностей разный s = (1/q)·(dq/dr) 
shear (шир)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Движениепролетныхи запертыхх частицчастиц
пролетные |
|
частицы - |
|
смещены |
|
относительно |
|
магнитной |
|
поверхности |
запертые частицы - |
из-за дрейфа |
«банановые» траектории |
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Неоклассическаядиффузияв токамакахокамаках
●частицы с большой поперечной скоростью заперты в полоидальном направлении и совершают дрейфовое движение по “банановым” траекториям
●при большой частоте столкновений коэффициент диффузии больше классического в q2 раз (формула Пфирша-Шлютера)
●в редкой горячей плазме перенос осуществляется запертыми частицами - “банановый” или бесстолкновительный режим (А. А. Галеев, Р. З. Сагдеев)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Реальностьинеоклассическая теориятеория
Электронная теплопроводность носит турбулентный характер.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11
Универсальныйпрофиль давленияления
* зависимости n, T, P по малому радиусу оказываются универсальными (L-мода в современной классификации режимов работы токамаков)
Б.Б.Кадомцев:
идея самоорганизации плазмы
токамаков. Профиль теплопроводности перестраивается таким образом, чтобы изменение профиля вклада мощности минимально влияло на профиль температуры.
